陳涵，張黎，王昱冕，崔蕓，王紅

1 云南省阜外心血管病醫(yī)院 昆明醫(yī)科大學(xué)附屬心血管病醫(yī)院十七病區(qū)，昆明 650102；2 昆明醫(yī)科大學(xué)研究生院

銅是是人體必需的微量元素之一，也是人體必需酶的輔助因子，對機體活動有著重要影響。銅固有的氧化還原特性使其對細(xì)胞既有益處也具有潛在毒性，細(xì)胞中銅的平衡對細(xì)胞生存及新陳代謝至關(guān)重要。TSVETKOV 等［1］于近期發(fā)現(xiàn)了一種新的細(xì)胞死亡模式——銅死亡，認(rèn)為其不同于細(xì)胞凋亡、鐵死亡及壞死等氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，是一種與線粒體呼吸相關(guān)的銅依賴性細(xì)胞死亡模式。銅通過與三羧酸循環(huán)中的脂質(zhì)?；煞种苯咏Y(jié)合，導(dǎo)致脂質(zhì)化蛋白質(zhì)聚集，鐵硫簇蛋白質(zhì)丟失，從而引起蛋白質(zhì)毒性應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。充足的銅是維持心臟正常生理功能所必需的，機體內(nèi)銅水平異?？赡軙l(fā)一系列心血管疾病。目前，銅誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡在動脈粥樣硬化、糖尿病心肌?。―CM）及心力衰竭等心血管疾病的發(fā)病機制中可見報道［2-5］。然而，銅死亡相關(guān)機制在心血管疾病中的作用復(fù)雜，尚未被完全證實?，F(xiàn)就銅死亡發(fā)生機制及其在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用進行綜述，以期為心血管疾病的預(yù)防和治療提供新的思路。

1 銅死亡的發(fā)生機制

細(xì)胞死亡伴隨著炎癥反應(yīng)、細(xì)胞功能障礙和組織損傷，在心血管疾病的進展和發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用［6］。常見的細(xì)胞死亡方式有細(xì)胞自噬、鐵死亡、壞死、及焦亡等。細(xì)胞自噬是一種進化保守的分解代謝過程，包括一系列步驟，在這些步驟中，受損或多余的細(xì)胞器、膜結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)和其他細(xì)胞成分被分離并包裹在一個稱為自噬體的囊泡中，而后這些自噬體與溶酶體融合，其中的成分被降解為氨基酸和脂質(zhì)等基本分子，可重新用于細(xì)胞新陳代謝［7］。DIXON 等［8］發(fā)現(xiàn)了一種獨特的鐵依賴性非凋亡細(xì)胞死亡形式，主要機制是在二價鐵或酯氧合酶的作用下，催化細(xì)胞膜上高表達(dá)的不飽和脂肪酸，發(fā)生脂質(zhì)過氧化，從而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，稱之為鐵死亡。鐵死亡依賴于細(xì)胞內(nèi)的鐵，不依賴于其他金屬，其特征是磷脂的氧化損傷［9-10］。細(xì)胞壞死通常指細(xì)胞受到化學(xué)因素、物理因素、生物因素等意外損傷或病理性刺激時引發(fā)的細(xì)胞死亡，常伴有炎癥反應(yīng)的發(fā)生。細(xì)胞焦亡又稱細(xì)胞炎性壞死，是近年來發(fā)現(xiàn)的一種依賴GSDM 蛋白家族的新型程序性細(xì)胞死亡［11］。其特征為膜孔形成，細(xì)胞腫脹增大直至細(xì)胞裂解，釋放大量促炎因子，進而激活強烈的炎癥反應(yīng)［12］。

銅死亡是最新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式。TSVETKOV等［13］首先在2019 年的研究中發(fā)現(xiàn)了兩種可以殺死特定耐藥癌細(xì)胞的銅離子載體，分別為雙硫侖及伊利司莫。伊利司莫是一種抗癌藥物，最初被研究用于增加活性氧（ROS）在腫瘤細(xì)胞中的生成，而不影響正常細(xì)胞［14］。這種選擇性靶向作用旨在利用腫瘤細(xì)胞對氧化應(yīng)激的潛在脆弱性，通過ROS 引發(fā)腫瘤細(xì)胞的程序性死亡。既往研究發(fā)現(xiàn)，抑制細(xì)胞凋亡通路的下游效應(yīng)因子Caspase-3、Caspase-7以及應(yīng)用鐵死亡抑制劑時，伊利司莫介導(dǎo)的細(xì)胞死亡都未受到影響。由此推測，伊利司莫參與促進一種獨特的銅依賴性細(xì)胞死亡，且不能被細(xì)胞凋亡抑制劑或鐵死亡拮抗劑所阻斷［13］。但在GAO 等［15］研究中卻發(fā)現(xiàn)，銅依賴性細(xì)胞死亡可以誘導(dǎo)鐵死亡。伊利司莫通過泛素化降解抑制ATP7A 蛋白表達(dá)，使得銅離子在細(xì)胞內(nèi)滯留，同時伊利司莫產(chǎn)生的ROS 可能會引起溶質(zhì)載體家族7 成員11（SLC7A11）降解，而SLC7A11 與鐵死亡關(guān)系密切。由此研究者推測，銅誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡可能是一種銅依賴的鐵死亡方式。在2022 年3 月，TSVETKOV 團隊［1］首次提出“銅死亡”這一概念，認(rèn)為銅依賴性控制的細(xì)胞死亡是一種新型細(xì)胞死亡方式，而非銅依賴的鐵死亡方式，其涉及線粒體呼吸過程中銅離子與三羧酸循環(huán)脂酰化成分的直接結(jié)合，導(dǎo)致脂?；鞍拙奂^而下調(diào)鐵硫簇蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)蛋白毒性應(yīng)激，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。一項關(guān)于銅死亡的全基因組研究篩選確定了介導(dǎo)銅死亡的特定通路，并且發(fā)現(xiàn)了10個可能與銅死亡相關(guān)的基因，包括7個正向調(diào)控基因以及3個負(fù)向調(diào)控基因，其中一種參與類固醇生成、鐵硫簇生物合成和脂?；木€粒體基質(zhì)酶鐵氧還蛋白1（FDX1）被確定為伊利司莫的蛋白質(zhì)靶標(biāo)。伊利司莫可與Cu2＋結(jié)合形成絡(luò)合物，從而進入細(xì)胞內(nèi)，F(xiàn)DX1 可將Cu2＋還原為毒性更強的Cu＋并催化體內(nèi)的伊利司莫釋放Cu＋，隨即產(chǎn)生ROS，進一步導(dǎo)致細(xì)胞死亡［16］。

2 銅死亡在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機制

2.1 動脈粥樣硬化 銅在動脈粥樣硬化的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。近期一項研究發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化壁中銅濃度顯著下降，銅濃度與動脈粥樣硬化病變的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)［17］。有研究顯示，銅與動脈粥樣硬化病變的一個關(guān)鍵因素膽固醇代謝密切相關(guān)。LAMB 等［18］在動物模型的研究中對喂食高膽固醇的家兔進行膳食銅補充，發(fā)現(xiàn)可有效預(yù)防動物模型中的動脈粥樣硬化，提示銅參與了膽固醇代謝。且值得注意的是，動脈粥樣硬化病變中銅的減少與血清銅濃度的增加有關(guān)。WANG 等［3］發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化患者血漿銅水平隨著高膽固醇血癥的嚴(yán)重程度增加而升高。LI 等［17］研究表明，在動脈粥樣硬化病變部位中補充銅可增加病變部位中的銅濃度，同時可顯著降低病變部位中膽固醇及磷脂的濃度，從而縮小動脈粥樣硬化病變的大小。這項研究進一步證實了BO 等［19］之前發(fā)表的觀察結(jié)果，即血清銅與低密度脂蛋白膽固醇呈負(fù)相關(guān)，高銅水平與更好的脂質(zhì)代謝有關(guān)，銅缺乏會加劇動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。因此，銅缺乏被認(rèn)為是動脈粥樣硬化發(fā)生的誘因之一。KUNUTSOR 等［20］研究也發(fā)現(xiàn)，血清銅水平越高，動脈粥樣硬化性心臟病的風(fēng)險就越大，因為銅能夠調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、低密度脂蛋白氧化以及導(dǎo)致細(xì)胞損傷的炎癥反應(yīng)。銅在動脈粥樣硬化中的作用可能為心血管疾病的治療提供了一個新的方向。

2.2 DCM DCM 是糖尿病的主要并發(fā)癥之一，有研究發(fā)現(xiàn)，銅調(diào)節(jié)功能受損與DCM 的發(fā)病機制有關(guān)［21］。糖尿病患者銅代謝受損，可導(dǎo)致血銅水平升高，而肝臟中銅水平降低，從而抑制肝臟對銅的處理，導(dǎo)致循環(huán)中銅清除率降低［22］。同時，具有催化活性的Cu2+在心肌細(xì)胞外的積累會誘發(fā)銅中毒，因此銅被認(rèn)為是糖尿病心血管損傷的重要催化劑［23］。HUO 等［24］在人類DCM 患者及嚙齒類動物的DCM 模型中均發(fā)現(xiàn)血清和心肌中的銅水平升高，這提示糖尿病可能通過促進銅超載直接影響心肌細(xì)胞功能。美拉德反應(yīng)指在特定條件下，一些含有還原性羰胺基團的化合物可以與氧氣發(fā)生反應(yīng)形成棕色產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的最終產(chǎn)物為晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs）。這種反應(yīng)在生理條件下非常緩慢，但在糖尿病的高血糖條件下，葡萄糖對蛋白質(zhì)的修飾會顯著加速，因此美拉德反應(yīng)被認(rèn)為是糖尿病并發(fā)癥發(fā)展的主要機制之一。研究發(fā)現(xiàn)，AGEs 與CuCl2的配合物可能通過ATF3/SPI1/SLC31A1 途徑誘導(dǎo)銅死亡，同時AGEs與CuCl2或伊利司莫與CuCl2形成的配合物會觸發(fā)心肌細(xì)胞死亡并加重死亡，導(dǎo)致糖尿病心肌病的心肌重塑和心功能障礙［25］。此外，AGEs增加了細(xì)胞內(nèi)銅的積累，并表現(xiàn)出銅死亡的特征，包括鐵硫簇蛋白（FDX1、LIAS、NDUFS8 及ACO2）的損失以及脂酰化蛋白質(zhì)DLAT、DLST 的脂酰化減少。到目前為止，DCM的發(fā)病機制尚不明確，銅誘導(dǎo)細(xì)胞死亡有望為探索DCM的發(fā)病機制提供一個新的視角。

2.3 其他心血管疾病 LI 等［26］研究發(fā)現(xiàn)，銅過量增加了心肌細(xì)胞中與自噬相關(guān)的蛋白質(zhì)及基因表達(dá)，提示銅過量對心肌自噬存在潛在影響，同時也證明了銅誘導(dǎo)的心臟毒性機制涉及了不同的代謝途徑。心肌細(xì)胞銅缺乏可導(dǎo)致心臟能量利用受損、心臟收縮力下降并誘發(fā)心肌?。?7］。DINICOLANTONIO等［28］研究發(fā)現(xiàn)，銅缺乏可能是缺血性心臟?。↖HD）的主要病理機制，機體內(nèi)銅水平低下可能會促進低密度脂蛋白氧化、關(guān)鍵抗氧化酶水平降低、線粒體功能不良及血管不良變化，促使IHD的發(fā)生。此外，銅死亡還可能與冠狀動脈疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，與銅死亡相關(guān)的基因可能作為冠狀動脈疾病的標(biāo)志基因［29］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，銅缺乏或者銅濃度過高都會通過影響心肌重構(gòu)、氧化應(yīng)激、能量代謝及基因表達(dá)引發(fā)心力衰竭［30］。銅死亡是由于細(xì)胞內(nèi)銅濃度過高導(dǎo)致的，因此銅死亡也可能通過影響線粒體功能導(dǎo)致心力衰竭。

綜上所述，銅死亡是新近提出的細(xì)胞死亡方式，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)銅死亡相關(guān)機制在動脈粥樣硬化、DCM、IHD及心力衰竭等心血管疾病的發(fā)生中發(fā)揮重要作用，對銅水平的調(diào)控可能成為心血管疾病新的預(yù)防及治療策略。然而，銅死亡在心血管疾病中的研究還處于初步階段，銅死亡在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機制并不明確。進一步研究銅調(diào)控的細(xì)胞死亡通路是否可以成為潛在的治療靶點，以及如何通過藥物干預(yù)來調(diào)節(jié)這些通路，從而應(yīng)用于心血管疾病的治療是有價值且必要的。